• Tidak ada hasil yang ditemukan

isprsannals II 4 W2 81 2015

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "isprsannals II 4 W2 81 2015"

Copied!
5
0
0

Teks penuh

(1)

B. Huang a, *, Y. Zhang , Y. Wang ,  Q. Liu 

School of Geoscience, China University of Petroleum,QingDao 266580,China­huangbhu@163.com North China Sea Branch of State Oceanic Administration,QingDao 266061,China­liuqr2002@163.com 

KEY WORDS: Warning Water Level, Oceanographic Station, Storm Surge, ArcGIS Engine 

ABSTRACT: 

The amount and location of oceanographic stations vary in different time and the observation information of the same station shows  temporality. Hence, ocean observation information has strong spatiotemporal characteristics. This article firstly introduces storage  strategy  and  representation  method  of  spatiotemporal  information  on  tidal  level.  Then  the  prototype  system  was  built  with  the  ability of storing, updating, analyzing, and early warning of tidal level in Shandong Peninsula of China. The system achieves the  inquiry and visualization of real­time and historical information of oceanographic stations, which provides technical  support  for  oceanographers and decision­makers. 

*  Corresponding author 

1. INTRODUCTION 

The warning tidal level refers to the established value of tidal  level  when  tidal  risks  or  disasters  may  occur  in  protection  zones along the coastal area and a state of alert, emergency or  disaster  relief  are  declared.  The  warning  tidal  level  is  an  important technical indicator of coastal flood prevention work,  and  is  the  reference  of  the  marine  forecasting  department  issuing storm surge forecast and alert.  Similar  to  water  level  warning of the rivers and lakes, it provides an important basis  for  the  disaster  mitigation  commanding  and  decision­making  of government at all levels in coastal areas. 

In order to ensure the accuracy and rationality of the current  warning tidal level, the State Oceanic  Administration  carried  out the regulation named “the Check and Management Method  on  the  Warning  Tidal  Level”,  in  which  provincial  oceanic  departments must perform the assessment of the warning tidal  level  at  regular  intervals,  and  the  value  should  be  redetermined  if  the  current  value  does  not  suit  for  disaster  mitigation.  The  warning  tidal  level  should  be  checked  and  ratified every 5 years in principle. 

In  order  to  carry  out  examining  the  warning  tidal  level,  North  China  Sea  Branch  of  State  Oceanic  has  collected  and  investigated  a  large  amount  of  data  including  hydrometeor,  moisture  proof  and  social  economy.  Traditional  data  management  can't  adapt  to  the  new  features  of  current  tidal  level  information  such  as  the  temporal  features,  real­time  update. In order to improve the capacity of disaster prediction  and prevention, it is needed to design and develop the coastal  warning  tidal  level  information  system  based  on  GIS  technology.  Therefore,  we  develop  a  platform  for  data  management and seamless information integration. As a result,  we  can  manage  and  display  the  tidal  level  information  of  different time. 

2. RELATED WORK 

The  term  Digital  Ocean  emerged  after  the  Digital  Earth 

program was proposed by Gore  in 1998, and many experts do  some research about digital ocean(Goodchild, 2008; Guo et al.,  2009; Hou, 1999). With the development of the digital ocean,  there  are  many  research  focuses  on  the  visualization  and  analysis  about  the  marine  data  based  on  the  GIS(Gold,1996;  Roberts  et  al.,2010;  Zhang  et  al.,2011),  and  also  there  are  decision  system  based  on  the  integration  between  GIS  and  hydrological  models(Leung,  et  al.,2005;  Huang,  et  al.,2010).  As  one  of  the  non­engineering  integrated  systems  to  prevent  tidal  disasters,  the  integration  of  GIS  and  storm  surge  numerical  model  provides  the  brand­new  operation  environment for accurate forecast  of  storm  surge,  and  spatial  analysis  and  visualization  of  simulation  results.  Some  developed  countries  have  taken  research  on  that  topic  and  already  had  many  remarkable  achievements.  At  the  early  1990s, the experts set up SLOSH model in America and began  to utilize GIS technologies to prepare the data of water depth  and ground elevation for  storm  surge  numerical  model.  With  decades of improvement, the functional storm surge numerical  forecasting  system  with  the  support  of  GIS  has  been  set  up  successfully.  At  the  same  time,  storm  surge  risk  analysis  in  specific  coastal  area  has  been  carried  out.  In  China,  the  research  starts  late  on  integrated  system  between  GIS  and  storm surge numerical forecasting model. Chinese Academy of  Sciences cooperated with State Oceanic Administration during  the eighth “five­year plan”. By using ArcInfo and ArcView as  platform and taking the No. 9216 storm surge in Tianjin as an  example, the researchers made the surge forecasting undersea  elevation and realized spatial inquiry and statistical analysis of  numerical  results.  That  is  the  first  storm  surge  disaster  estimating  system  combined  with  GIS  in  China.  In  recent  years,  China  enhances  survey  and  early­warning  to  storm  surge disaster(Liu, X. and Wu,Q., 2008). 

(2)

Figure 1. The architecture of the system 

3. METHODOLOGY 

3.1 Architecture Design 

The  system  is  designed  on  the  basis  of  “hierarchical  service  model”.  According  to  the  differences  of  representation  information type,  application  range  and  usage  level,  the  data  and application source of the platform is divided into several  layers. The architecture design is shown as Figure 1. 

(1)Communication network platform 

The  communication  network  platform  includes  the  broadband multimedia network and the hardware facilities, for 

The  data  sharing  platform  is  mainly  for  storage  and  management  of  data  and  model.  The  databases  include  geodatabase,  industrial  basic  geographic  database,  industrial  geographic database and business database. 

(4)Core application platform 

The  core  application  platform  is  the  core  of  the  system.  It  mainly realizes the primary function modules, such as warning  tidal  level  information  management,  observation  information  management,  numerical  simulation  production  management,  defense  capability  inquiry,  historical  storm  surge  process  inquiry, data management, and so forth. 

3.2 Spatiotemporal Data Storage Structure  (1) Observation station 

Observation  stations  may  be  classified  as  permanent  observation  stations  and  temporary  observation  stations.  On  the  one  hand,  the  permanent  ones  may  change  their  amount  and  locations;  on  the  other  hand,  some  temporary  stations  might  be  added  due  to  the  need  of  the  observation  business  requirements.  Therefore,  the  location  of  the  observation  stations has temporal characteristics. We use a point map layer  to  store  all  observation  stations  and  use  attribute  fields  to  separate  stations  of  different  type  and  built  time,  which  is  designed as Table 1. 

Field 

name  Explanation  Type and length  Initial value 

hyzid  stationID  [nvarchar](10) 

hyzname  stationname  [nvarchar](10) 

hyzcode  stationcode  [nvarchar](5) 

sdt  built time  [nvarchar](12) 

type  stationtype  Int  0 

Table 1. Spatial attribute table of observation station 

(2)Observation business data 

The  observation  business  data  consists  of  the  real­time  observation  data  and  the  historical  data.  Each  station  will  return  one  record  of  the  current  tidal  level,  which  can  be  designed  as  Table  2.  The  table  only  stores  the  latest  observation data records. It means that every new record must  be stored into the historical table correspondingly in order to  meet  the  demands  of  inquiry  and  representation  of  the  historical  data.  Besides,  for  the  sake  of  improving  the  efficiency of query by hour, when inserting into the historical 

Shangdong Province(C/S Version)  Warning water level information system in Shangdong Province(B/S Version) 

Industry base 

software  Microsoft SQL Server 

(3)

tropical  cyclones  such  as  code,  name  and  active  time.  The  analysis functions. 

Field name  Explanation  Type and length  Initial value(non­observed value) 

hyzid  station ID  [nvarchar](10) 

hyzname  station name  [nvarchar](10) 

hyzcode  station code  [nvarchar](5) 

sdt  built time  [nvarchar](12) 

wl  tidal level  [nvarchar](10)  9998 

at  air temperature  [nvarchar](6)  999.8 

bp  air pressure  [nvarchar](6)  9999.8 

hu  humidity  [nvarchar](10)  998 

rn  precipitation  [nvarchar](10)  99999.8 

Table 2. The structure of real­time observation data table 

Field name  Explanation  Type and length 

Code  Cyclone code  smallint 

Name  Cyclone name  nvarchar(16) 

Btime  Active start time  char(8) 

Etime  Active end time  char(8) 

Qy  Central pressure  smallint 

Zdfl  Maximum wind  smallint 

Yxfw  Impact area  nvarchar(16) 

Dldd  Landing location  nvarchar(16) 

Lj  Path  nvarchar(10) 

Table 3. The structure of tropical cyclone data 

3.3 Analysis of Storage Method of Observation Data 

The storage of historical data needs to be considered as system  updates the real­time data. There are two ways to implement it:  programming  transfer  and  database  trigger.  The  detailed  analysis is as follows. 

(1) Programming transfer: at regular intervals, traverse the  related data tables to check if the data is updated. If updated,  use ADO.Net to implement data update. 

(2) Database trigger: set triggers between tables, when one  table is updated, the other table will be updated automatically. 

Considering  the  functional  demand  of  the  system,  comparison between the two ways is shown in Table 4. There  are observation data of about 20 stations in the different real­ 

time databases and we need to access these real­time data and  transfer into GIS database. In convenient for hourly query and  approximate  instead  of  historical  observation  data,  we  adopt  the first method to update real­time observation data. 

4. EXPERIMENTS 

4.1 Update Process of the Observation Information 

In  order  to  ensure  the  data  integrity  and  access  speed,  the  system  reads  the  current  observation  information  from  the  observation station database at the fixed interval. If new data  are written, it will be stored into the real­time data table in the  database of this system. At the same time, it will be added into  the historical table. To inquire and analyze the historical data  on hour, we update data to historical hour table near the hour.  The process is as figure 2. 

Realizing method  Advantage  Disadvantage 

By programming  Programming means we can query the data 

by specific conditions, which is more  flexible for different application demand. 

It will be inefficiency when there are  large amount of records in source  database 

By trigger  Dealing the data with event, updating will 

be conducted automatically when change  happens 

Cross­server trigger is complex to  implement; it is not easy to check the  updated record to trigger event  conditionally 

(4)

Figure 2.  The update process of the observation information 

4.2 Representation of the Tidal Level Data 

4.2.1  The  representation  of  the  observation  station’s  information 

The  representation  of  the  observation  station’s  information  includes  two  ways:  map  representation  (figure  3)  and  table  representation (figure 4). The way based on map needs to build  join between spatial data (marine observation  map  layer)  and  business  data  (the  real­time  data  table),  so  that  it  can  show  information  using  map  labeling  by  selecting  fields.  The  implementation  of  fields  labeling  function  relies  on  ILabelEngineLayerPropertiesinterface  provided  by  ArcGIS,  by  assigning  the  labeling  expression  to  Expressionattribute.  The  visualization  of  wind  field  is  implemented  through  the  wind  feather  symbol,  by  classifying  and  rendering  the  layer  according to wind speed and rotating the symbols according to  wind direction value. 

(5)

Figure 4. The representation of observation station’s  information based on table 

4.2.2 The representation of  the  early­warning  information  of coast segments 

It  mainly  includes  map  rendering  and  table  inquiry.  Tables  which show single record more explicitly are need, as well as  map representation which show records directly and lively are  needed.  The  coastline  is  divided  into  27  segments,  each  of  which is related to the nearest ocean stations. Because there is  only spatial data in coast attribute table of the segment layer, in  order to color the coast line with real­time tidal level data, we  need to read the real­time data from the corresponding stations,  and judge the tidal level rank of this coast segment according  to  the  present  warning  tidal  level,  and  at  last  render  it  with  relevant  color.  The  process  needs  the  joint  query  of  the  real­  time  observation  table  and  the  present  warning  tidal  level  table.  The  relationship  between  the  two  tables  above  is  the  "ocean  station  ID"  column.  The  judging  of  the  warning  rank  need to be realized in DBMS by SQL statements and 0 means  safe tidal level, 1 means blue tidal level, 2 means yellow tidal  level, 3 means orange tidal level, 4 means red tidal level. 

4.3 Representation of the Storm Surge Information 

The storm surge management module includes the searching of  tropical  cyclone  information  and  the  simulating  of  typhoon  track.  It  has  made  dynamic  visualization  of  typhoon  information. First of all,  the  tropical  cyclone  data  table  could  be  read  from  database.  Basic  information  such  as  typhoon  serial  number,  name,  scope  of  influence  and  beginning  and  ending time are stored in tropical cyclone data table. The name  and  year  of  typhoon  can  be  loaded  into  query  form  by  using  year and serial number as filtering condition. Then, we can use  it  to  generate  dynamically  typhoon  track  on  a  layer.  Typhoon  track information is stored in typhoon data table. Each record  is the typhoon information at every integral point time such as  location, central pressure, maximum wind speed, the radius of  moderate wind and whole wind. When the user select Typhoon  number, the system will query records from Typhoon data table  according  the  number  firstly,  then  each  record  is  shown  as  a  point  elements  in  the  map,  and  the  Typhoon  path  is  drawn  between two points. 

5.1 Conclusions 

In  this  paper,  we  propose  storage  structure  of  spatiotemporal  information  of  observation  station,  and  develop  the  Warning  Tidal Level Information System for Shandong Peninsula coast  based  on  ArcGIS  Engine10.1,  .Net  platform  and  MS  SQL  Server2008 DBMS. The main functions of the system include  the update, storage, inquiry, analysis, visualization of the real­  time  and  historical  data  of  observation  station,  by  which  we  can organize and manage the attributive, spatial and temporal  semantic  of  the  spatial­temporal  oceanic  data  effectively,  and  realize  rebuilding  historical  events,  tracking  variation  and  predicting the future. 

5.2 Future Work 

The storage and visualization technique of wind field, current  field  information,  which  has  spatiotemporal  characteristics,  should be explored in the future. The traditional way by image  cannot  realize  adaptive  symbol  density  along  with  map  zoom  and it needs considerable memory space; the new B/S structure  system  need  to  be  developed  for  taking  the  advantages  of  convenient access and update. 

REFERENCES

 

Gold,  C.M.,  1996.  An  Event­driven  Approach  to  Spatio­  Temporal Mapping. Geomatica, 50, pp.415­424. 

Goodchild,  M.F.,  2008.  The  use  cases  of  Digital  Earth.  International Journal of Digital Earth,1 (1), 31­42. 

Guo, H.D., Fan, X.T., and  Wang,  C.L.,  2009.  A digital  earth  prototype system: DEPS/CAS. International Journal of Digital  Earth, 2 (1), pp.3­15. 

Hou,  W.F.,  1999.  Tentative  idea  for  development  of “Digital  Ocean’’.  Aviso of Ocean, 18 (6),pp:1­10. 

Huang, B., Siling, P., Chen, Y., Chen, K., & Xu, B. , 2010.  Decision  supporting  system  of  Jinan  urban  flood  control. 

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=5568052 

Leung,Y., Lee,Y., Lam, K.C., LIn,  K.  and  Zeng,F.,  2005.  An  environmental decision­support system for the management of  water pollution in a tidal river network, International Journal  of Geographical Information Science, 19(4), pp:483­500. 

Liu,  X.,  Wu,Q.,2008.  Analysis  and  Forecast  Warning  System  of  Storm  Surge  in  Yantai.  China  Water  Transport,  8(11),pp:225­226. 

Roberts,  J.,  Best,  B.,  Dunn,  D.,  Trem,  E.,  Halpin,  P.,  2010.  Marine Geospatial Ecology Tools: An integrated framework for  ecological  geoprocessing  with  ArcGIS,  Python,  R,  MATLAB,  and  C++.  Environmental  Modelling  &  Software 25,  pp:1197­  1207. 

Gambar

Figure 1. The architecture of the system
Table 2. The structure of real­time observation data table 
Figure 3. The presentation of the observation station’s information based on map
Figure 4. The representation of observation station’s 

Referensi

Dokumen terkait

Banyak manfaat yang bisa didapatkan dengan pemanfaatan komputer untuk pendidikan, seperti yang penulis buat di dalam Penulisan Ilmiah ini yaitu mencoba memperkenalkan nama-nama

Udara yang dikompresi bercampur dengan bahan bakar kemudian bertekanan masuk menjadi proses pembakaran dan keluar dalam bentuk gas panas yang digunakan untuk memutar sudu turbin

Balas jasa adalah imbalan yang diberikan perusahaan pada karyawan atas jasanya karena telah melakukan tugas, kewajiban, dan tanggung jawab yang diberikan pada

Analisis Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Konsumen Dalam Pengambilan Keputusan Pembeliaan Produk Mie Instan Merek Mie Sedap (Study Pada Masiswa Fakultas Ekonomi Unmer

[r]

Betty yang sedang menjalani pendidikan dokter spesialis patologi klinik di FK USU, ingin menjelaskan kepada Bapak-Ibu tentang penelitian yang akan saya lakukan “Hubungan Kadar

Implementasi Model Inquiry Lab untuk meningkatkan Prestasi Belajar dan Kegiatan OSEAN Siswa SMP1. Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu |

Private Sub txt_username_TextChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles txt_username.TextChanged.